Author's Accepted Manuscript

Haplotype-tag single nucleotide polymorphism analysis of the vesicular glutamate transporter (VGLUT) genes in severely alcoholic women Erika Comasco, Jarmila Hallman, Åsa WallénMackenzie

www.elsevier.com/locate/psychres

PII: DOI: Reference:

S0165-1781(14)00472-7 http://dx.doi.org/10.1016/j.psychres.2014.05.052 PSY8322

To appear in:

Psychiatry Research

Cite this article as: Erika Comasco, Jarmila Hallman, Åsa Wallén-Mackenzie, Haplotype-tag single nucleotide polymorphism analysis of the vesicular glutamate transporter (VGLUT) genes in severely alcoholic women, Psychiatry Research, http://dx.doi.org/10.1016/j.psychres.2014.05.052 This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication. As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript. The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting galley proof before it is published in its final citable form. Please note that during the production process errors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers that apply to the journal pertain.

VGLUT genes and alcoholism Haplotype‐tag  single  nucleotide  polymorphism  analysis  of  the  Vesicular  Glutamate  Transporter  (VGLUT) genes in severely alcoholic women     To  the  Editor:  Dysfunctions  of  the  glutamatergic  system  has  been  associated  with  alcohol‐related  phenotypes.  Acamprosate,  which  targets  this  system,  is  used  clinically  as  treatment  for  alcoholism.  Glutamate‐transmitting  neurons  can  be  identified  and  defined  by  their  expression  of  Vesicular  Glutamate Transporter (VGLUT) genes that belong to the Solute Carrier Family 17 and code for sodium‐ dependent  phosphate  transporter  proteins.  Three  subtypes  of  VGLUTs  (VGLUT1  encoded  by  SLC17A7;  VGLUT2  by  SLC17A6;  and  VGLUT3  by  SLC17A8)  are  known  to  date  to  mediate  presynaptic  vesicular  transport of glutamate. Alcohol Use Disorder is a multi‐factorial disorder with a moderate heritability as  demonstrated  by  studies  of  twins.  The  present  study  aimed  at  investigating  common  haplotype  tag‐ single  nucleotide  polymorphism  (SNP)  in  the  VLGUT1,  VGLUT2  and  VLGUT3  genes  in  a  sample  of  severely  alcoholic  women  compared  to  healthy  controls.  A  sample  of  191  female  patients  admitted  upon  court  order  to  a  long‐term  treatment  facility  for  severe  alcoholism  was  recruited.  All  patients  fulfilled the ICD‐10 Diagnostic Criteria for alcohol dependence. A control sample of 184 women without  self‐reported history of alcoholism or present heavy drinking was included. All participants self‐reported  a  Swedish  ethnical  background.  Haplotype  tag‐SNPs  in  the  VGLUT1,  VGLUT2  and  VGLUT3  genes  were  analysed (minimum minor allele frequency of 0.1; r2 ≥ 0.8, pairwise tagging  only). Totally, 13 tagSNPs  were  selected  which  tagged  30  SNPs  in  the  SLC17A6  gene;  7  tagSNPs  which  tagged  12  SNPs  in  the  SLC17A7  gene;  11  tagSNPs  which  tagged  45  SNPs  in  the  SLC17A8  gene  (Table  1).  At  the  single  locus‐ analysis  level,  the  SNP  rs2290045  (SLC17A6/VGLUT2)  showed  a  significant  nominal  association  with  severe alcoholism in a dominant model (p = 0.034; OR = 1.660, lower CI = 1.036 and higher CI = 2.658),  with  the  minor  allele  A  being  overrepresented  among  patients  (minor  allele  count:  cases  =  57  and  controls  =  43).  The  same  marker  was  also  the  only  one  showing  borderline  significance  in  an  additive  model evaluated with the Cochran Armitage test (p = 0.077; GA vs. GG, OR = 1.762, lower CI = 1.090 and  higher CI = 2.849); and in an allelic model (p = 0.087; A allele, OR = 1.448, lower CI = 0.946 and higher CI  =  2.216).  However  none  of  the  associations  was  significant  after  Bonferroni  correction  for  multiple  testing. At the multi‐locus gene level, backward and forward stepwise regression models indicated the  SNP rs2290045 (OR = 2.390) and also rs1900586 (SLC17A6/VGLUT2; OR = 0.402) as significant regressors  (p = 0.014), however the permuted p‐value (100x) was not remaining significant. The SNPs showed low  linkage  disequilibrium  (R2)  between  each  other,  as  expected,  and  no  haplotypes  were  detected  as  estimated with the EM algorithm (Figure 1).   1   

VGLUT genes and alcoholism    The VGLUT proteins mediate the packaging of glutamate into presynaptic vesicles, a prerequisite for  exocytotic release, and therefore, the expression of either of the genes encoding a VGLUT in a neuron  defines  its  ability  for  glutamatergic  neurotransmission  (El  Mestikawy,  Wallen‐Mackenzie,  Fortin,  Descarries,  &  Trudeau  2011).  The  importance  of  glutamatergic  neurons  in  addiction  has  been  substantially studied and described. It has been established that cortical glutamatergic neurons, among  others, enhance mesocorticolimbic dopamine transmission by direct interaction with the dopaminergic  neurons, a feature shown to contribute to mediating alcohol‐induced reinforcement. In addition, certain  aminergic  neurons  (cholinergic,  serotonergic  and  dopaminergic)  exhibit  a  glutamate  co‐phenotype  via  their expression of VGLUT2 or VGLUT3, a phenomenon of putative relevance for mediating the effects of  alcohol (El Mestikawy et al. 2011). The presence of VGLUT proteins in presynaptic vesicles of aminergic  neurons has been described to enable glutamate co‐release as well as promote elevated efficiency for  vesicular  packaging  of  the  primary  neurotransmitter  itself  (El  Mestikawy  et  al.  2011).  Moreover,  mice  lacking VGLUT2 in midbrain dopamine  neurons have been shown to display altered response to acute  injections of amphetamine (Birgner et al. 2010) and cocaine (Hnasko et al. 2010), as well as enhanced  cocaine self‐administration and cue‐induced drug seeking, a behavioural correlate of craving in human  addicts (Alsio et al. 2011). The present study tested the hypothesis that common variations in the VGLUT  genes would be associated with severe alcoholism, and indicated one haplotype tag‐SNP, rs2290045, in  an intronic region of the VGLUT2 gene, which is mapped to chromosome 11p14. Previous studies show  evidence  of  an  association  between  loci  at  the  chromosome  11  and  alcohol  dependence.  Potential  epistatic  effects  are  also  likely  to  be  of  importance,  as  for  instance,  one  polymorphism  in  the  Period2  (PER2) gene, which is influencing the glutamate aspartate transporter, has been associated with alcohol  use and misuse (Comasco et al. 2010).     The identification of the haplotype tag‐SNP, rs2290045, in the VGLUT2 gene, as nominally associated  with  severe  alcoholism  among  females  was  the  predominant  finding  of  the  study,  however  the  association was not found significant after correction for multiple testing. The small sample size is the  major limitation of the present study, as well as the lack of a male sample to analyze for sex differences;  thus we would suggest further studies in larger samples of both sexes to overcome the uncertainty on  statistical  and  biological  significance.  Moreover,  gene‐wide  sequencing  studies  to  investigate  rare  variants are also warranted, as well as relevant genetic animal models that enable further analysis of the  putative role of VGLUTs in alcohol addiction.    

2   

VGLUT genes and alcoholism Acknowledgements:The  authors  thank  the  participants,  as  well  as  Assoc.  Prof.  Skalkidou  Alkistis  and  Prof.  Sundström‐Poromaa  Inger,  Department  of  Women’s  &  Children’s  Health,  Uppsala  University,  for  providing  the  biological  material  for  the  control  sample.  This  work  was  supported  by  grants  from  the  Swedish Council for Working Life and Social Research to E.C. (2011‐0627), and from the Swedish Medical  Research  Council  (2007‐5742,  2011‐4747),  Uppsala  University,  the  Swedish  Brain  Foundation  and  the  foundations of Åke Wiberg and Åhlén to Å.W.M.    References   Alsiö, J., Nordenankar, K., Arvidsson, E., Birgner, C., Mahmoudi, S., Halbout, B., Smith, C., Fortin, G. M.,  Olson,  L.,  Descarries,  L.,  Trudeau,  L.  E.,  Kullander,  K.,  Levesque,  D.  &  Wallén‐Mackenzie,  A.  (2011)  Enhanced  sucrose  and  cocaine  self‐administration  and  cue‐induced  drug  seeking  after  loss of VGLUT2 in midbrain dopamine neurons in mice. J Neurosci 31(35): 12593‐12603.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2 1880920  Birgner, C., Nordenankar, K., Lundblad, M., Mendez, J. A., Smith, C., le Greves, M., Galter, D., Olson, L.,  Fredriksson, A., Trudeau, L. E., Kullander, K. & Wallén‐Mackenzie, A. (2010) VGLUT2 in dopamine  neurons is required for psychostimulant‐induced behavioral activation. Proc Natl Acad Sci U S A  107(1): 389‐394.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2 0018672  Comasco, E., Nordquist, N., Gokturk, C., Aslund, C., Hallman, J., Oreland, L. & Nilsson, K. W. (2010) The  clock  gene  PER2  and  sleep  problems:  association  with  alcohol  consumption  among  Swedish  adolescents. Ups J Med Sci 115(1): 41‐48.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2 0187847   El  Mestikawy,  S.,  Wallén‐Mackenzie,  A.,  Fortin,  G.  M.,  Descarries,  L.  &  Trudeau,  L.  E.  (2011)  From  glutamate  co‐release  to  vesicular  synergy:  vesicular  glutamate  transporters.  Nat  Rev  Neurosci  12(4): 204‐216.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2 1415847   Hnasko, T. S., Chuhma, N., Zhang, H., Goh, G. Y., Sulzer, D., Palmiter, R. D., Rayport, S. & Edwards, R. H.  (2010)  Vesicular  glutamate  transport  promotes  dopamine  storage  and  glutamate  corelease  in  vivo. Neuron 65(5): 643‐656.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Citation&list_uids=2 0223200     Erika Comasco, Jarmila Hallman, Åsa Wallén‐Mackenzie*  Department of Neuroscience, Uppsala University, Sweden  * Corresponding author: Uppsala University, Department of Neuroscience, BMC, Box 593, SE‐75124,  Uppsala, Sweden; telephone: 0046 (0)18 471 4518; e‐mail: [email protected] 

3   

VGLUT genes and alcoholism Table 1 Chromosomal position, allele and genotype frequencies of the analysed tag-SNPs in the VGLUT1, VGLUT2 and VGLUT3 genes MARK ER

LOCATION

CAL L RAT E

(dbSNP) Chromoso Position Associat me (NCBI) ed gene

rs104355 8 rs382671 8 rs291465 8 rs132030 1 rs116728 10 rs157894 4 rs129755 98

19

rs259369 6 rs144751 4 rs227875 1 rs266569 1 rs110265 29 rs110265 31 rs229004 6 rs229004 5 rs115533 1 rs190058 6 rs108337 48 rs259368 5 rs197907 2

11

rs123727 48 rs108605 82 rs731117 8 rs797335 0 rs476473 8 rs111103 56

19 19 19 19 19 19

11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11

12 12 12 12 12 12

ALLELES

ALLELE FREQUENC IES Minor allele (D) Cas Contr es ols

FISHE R'S HWE p

GENOTYPE FREQUENCIES

dd

Dd

DD

4993276 2 4994013 1 4994231 4 4994243 2 4994377 8 4994585 0 4994821 3

SLC17A 7 SLC17A 7 SLC17A 7 SLC17A 7 SLC17A 7 SLC17A 7 SLC17A 7

0,98

Maj or Allel e A

0,98

G

C

0,28

0,27

0,14

92

98

73

83

14

9

0,99

C

T

0,19

0,19

0,24

121

122

53

64

7

4

0,97

G

A

0,28

0,26

0,85

89

103

76

71

12

13

0,98

G

A

0,34

0,37

0,28

77

72

82

96

19

22

0,98

T

C

0,28

0,28

0,86

91

98

73

78

14

14

0,97

G

A

0,40

0,38

0,44

60

75

95

82

23

29

2235927 9 2236229 6 2236475 8 2237125 6 2237805 7 2237918 4 2238416 6 2238497 0 2238619 0 2238744 0 2238774 5 2239141 9 2240012 4

SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6 SLC17A 6

0,98

G

A

0,21

0,22

0,83

116

112

57

67

9

8

0,98

G

A

0,12

0,14

0,55

138

140

38

44

3

5

0,96

G

A

0,47

0,44

0,30

48

54

88

101

37

33

0,97

G

A

0,30

0,32

0,04

89

80

71

94

18

13

0,98

G

A

0,10

0,10

0,38

144

155

37

30

0

3

0,98

C

T

0,22

0,24

0,05

105

115

66

59

7

16

0,97

C

T

0,11

0,13

0,54

139

140

37

46

0

2

0,98

G

A

0,16

0,11

0,72

124

147

55

37

1

3

0,99

G

A

0,29

0,26

0,19

91

106

75

66

15

17

0,98

A

G

0,14

0,16

0,26

128

133

49

55

1

2

0,98

T

C

0,38

0,37

0,04

65

83

92

74

23

32

0,98

A

G

0,41

0,41

0,77

56

64

98

94

25

31

0,98

C

A

0,16

0,17

0,61

124

127

55

56

2

4

1007495 25 1007509 52 1007551 02 1007631 66 1007722 30 1007736 47

SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8

0,95

A

T

0,14

0,17

0,30

126

124

46

57

1

3

0,98

T

C

0,17

0,19

0,10

124

120

47

67

6

3

0,97

C

G

0,27

0,28

1,00

95

94

74

76

11

14

0,95

G

T

0,45

0,46

0,77

47

52

98

94

29

37

0,91

A

G

0,50

0,47

0,65

36

50

93

84

37

41

0,96

C

T

0,31

0,31

0,31

76

86

88

87

9

15

Min or Allel e C

0,34

Control s

Cas es

Contr ols

Cas es

Contr ols

Cas es

Contr ols

0,30

0,23

78

95

82

73

20

21

4   

VGLUT genes and alcoholism rs748548 0 rs202580 0 rs128266 43 rs943402 rs115685 37

12 12 12 12 12

1007809 19 1007810 29 1007818 88 1007929 79 1008139 76

SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8 SLC17A 8

0,97

G

A

0,30

0,26

0,19

86

106

77

65

15

16

0,98

C

A

0,40

0,40

0,30

64

65

86

99

28

27

0,95

C

T

0,42

0,41

0,54

55

61

95

93

26

28

0,97

A

G

0,15

0,16

1,00

127

131

49

50

2

4

0,98

A

C

0,46

0,47

0,66

52

56

88

91

39

43

     

Figure 1 Linkage disequilibrium (R2) plot of the tag-SNPs analyzed in the VGLUT1, VGLUT2 and VGLUT3 genes 5   

VGLUT genes and alcoholism VGLUT1

VGLUT2

VGLUT3

6   

Haplotype-tag single nucleotide polymorphism analysis of the vesicular glutamate transporter (VGLUT) genes in severely alcoholic women.

Haplotype-tag single nucleotide polymorphism analysis of the vesicular glutamate transporter (VGLUT) genes in severely alcoholic women. - PDF Download Free
570KB Sizes 0 Downloads 4 Views